住宅天棚辐射空调系统工程的应用研究

2018-11-12周静娜谢立辉刘圣武周文武庙诗祥

安徽建筑 2018年6期

周静娜，谢立辉，刘圣武，周文武，庙诗祥

（1.安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥 230032；2.中建三局第二建设工程有限责任公司，安徽合肥 230071）

0 前言

随着科学技术的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对生活环境有了越来越高的要求，因此集中空调系统在住宅中的应用也越来越广泛[1]。为了进一步提升室内空气质量，天棚辐射、置换通风等技术也逐渐被应用于高端住宅中，大大增强了建筑环境的安全性、健康性和舒适性[2]。

本文以合肥市“当代花园”住宅小区项目为研究对象，利用PHOENICS软件，针对天棚辐射、置换通风等技术在住宅中的实际应用效果进行分析，得出室内温度、风速的分布情况，进一步了解天棚辐射和置换通风技术相结合应用于住宅项目的特点，有助于为今后工程设计提供参考依据，起到一定的指导作用[3]。

1 空调系统设计

合肥市“当代花园”住宅小区项目采用天棚辐射采暖及制冷，夏季辐射制冷水温为18℃～21℃，冬季辐射供暖水温为31℃～28℃。新风由热回收空调机组供给。室内采用地板送风，起居室、客厅和卧室通过垫层内风管获得较为新鲜的空气，回风口位于厨房和卫生间内，具体位置如图1和图2所示，送回风口形式如图3和图4所示。

图1 1#住宅标准层通风平面图

图2 1#住宅标准层天棚管平面图

图3 地板送风口

图4 回风口

2 模型建立

2.1 物理模型

本文利用PHOENICS软件对合肥市“当代花园”住宅小区项目1#住宅的标准层进行模拟计算。由于标准层两个户型布局基本一致，故选取西侧的户型为代表进行建模分析。模型依据暖通施工图进行建模，建筑层高3m，新风口位于地面，尺寸为310mm×160mm，回风口尺寸为φ75mm。

为简化计算，模型假设条件为：房间为密闭空间，除新风管和天棚管外，不考虑其它内部热源的影响[4]。建筑模型如图5所示。

图5 建筑模型图

2.2 边界条件（表1）

为使模拟结果更接近于实际运行情况，模型边界条件的输入值均以现场实测值为准。

①建筑围护结构的边界条件：考虑到室外气象条件对建筑室内环境的影响，采用红外测温仪对所有外墙、外窗的内表面温度进行多次多点测量，发现外墙内表面温度与室内温度基本一致，而外窗受太阳辐射影响，与室内的温度差距较大，且不同朝向的外窗温度也有差距，说明外窗是影响室内环境的主要影响因素，因此模型中也主要考虑外窗的影响，取多次测量的内表面温度平均值作为边界条件输入到软件中。内围护结构视为绝热。

②采用风速仪和温度计，对送风口的风速、温度进行测量，将测量结果作为边界条件输入到软件中。

③采用红外测温仪对顶棚的内表面温度进行多次多点测量，取测量的平均值作为边界条件输入到软件中。

3 模拟结果分析

考虑到本项目热源主要为外窗，因此分析整个户型的中间区域最为稳定。PHOENICS软件模拟结果如图6所示，以客厅餐厅的竖向截面为例，室内温度场在垂直方向上有一个明显的分层特性，上部区域温度高，下部区域温度低，整个立面上（0.1m～2.9m）垂直温差有4℃左右，人员活动区（0.1m～1.8m）垂直温差只有1.5℃左右。依据美国ASHRA55-92[5]标准建议0.1m和1.8m之间的温差应不大于3℃，说明本项目人员活动区的温度较为舒适，没有明显的“头热脚凉”的感觉。

靠近外窗区域的温度较高，由于地板送风口靠近外窗，因此外窗附近的热空气会快速向上移动，减小对室内人员活动区的影响。顶棚温度较低，会冷却顶棚附近区域的空气温度，从而减轻了置换通风导致的垂直温差问题，提高室内的人员舒适度。

图6 温度场截面图

由图7～图11可知，0.1m～1.1m之间，室内每个房间的温度变化较小，基本均在24.0℃～25.5℃之间，较为舒适。1.1m～2.0m之间，室内每个房间的温度出现了较为明显的差异。南向外窗由于太阳辐射得热较多，温度较高，导致南向房间的温度明显高于其它朝向的房间，西向次之，北向最低。同时由于客厅有南向阳台，起到了较好的隔热作用，所以客厅温度明显低于南向卧室的温度。

图7 0.1m高度处温度场

图8 0.6m高度处温度场

4 模拟值与实测值的对比分析

边界参数表1

为了对模拟结果进行验证，采用温度巡检仪对每个房间的室内温度进行实测，每个房间测点布置方式为：在水平方向上设1个测点，位于房间正中央；在垂直方向上设5个测点，分别距地面0.1m（脚踝处），0.6m（膝部），1.1m（坐姿时的呼吸区），1.7m（站立时的呼吸区），2.0m（活动区上部）[3]。

图9 1.1m高度处温度场

图10 1.7m高度处温度场

图11 2.0m高度处温度场

图12 测点布置图

将测量值与模拟值进行对比，由图13～图17可知，主卧、客卧竖向温差最大，其次是书房，再次是客厅餐厅，储藏室竖向温差最小，充分体现了朝向差异。由于本项目主要考虑外窗的传热，因此0.1m～1.1m温度变化较小，1.1m以上温度升高明显。同时由于0.1m～1.1m温度场较为稳定，实测值与模拟值较为接近，而1.1m以上紊流明显，温度场不稳定，导致实测值与模拟值的差距变大。但是绝对误差仍控制在3%以内，说明模拟值和实测值较为吻合，模拟值可基本反映室内温度场情况，模型可靠。